JP2013053503A - 潮位差海水流発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 河川幅の小さい河川流域の河口近くの河川流域を水力発電装置を内臓した水門で閉鎖して水門内水路を流出入する潮の満潮及び、干潮現象によって発生する潮位差海水流エネルギーを活用する海水流発電は実施可能であるが、水門上流域に多量の降雨が発生すると河川洪水現象の危険性がありその対策の課題がある。
【解決手段】 河川流域の左右岸部にくいこむ形で構築した水門収納スペースに片開き又は両開きの機能を備えた一基、又は二基の水門でもって河川流域を全面閉鎖して海水流発電を実施し、或いは河川流域にまたがる門型架橋に吊下げた水門内水路を流出入する海水流発電や流出する河川水を活用して水力発電を実施して、河川洪水現象が予測される場合は水門を水門収納スペースに完全収納し、又は河川流域より高く水門を吊上げて河川流域を完全開放して課題解決の手段とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、比較的河川幅が小さく、河川水量の少ない河川流域の河口近くの河川流域に設営する潮位差海水流発電及び広い河川流域に人工的に構築した分流河川流域或いは単独河川流域に設営する水力発電に関する。

潮の満潮及び干潮現象によって発生する潮位差海水流発電は数多く提案されているが今日まで効率的発電事業は実施されていないのが実状であり河川流域を水力発電装を内蔵した一基又は二基の水門で河川流域を閉鎖して河川流域に流出入する潮位差海水流エネルギーを活用する海水流発電の実施は可能であるが、河川洪水現象発生の観点から実施されてなく、同観点から極小幅河川流域に極小水力発電の実施はあるものの一般河川流域においての、本格的水力発電は実施されてなく、河川幅の広い河川流域に人工的に分流河川流域を構築しての水力発電は実施されていないのが実状である。

特開平１０−２７４１４６

特許文献１は、堤防で囲った海水域に入出流する潮位差海水流エネルギーを活用する海水流発電に関するものであり、海水流量に限界があり、河川流域に流出入する河川水流エネルギーと潮位差海水流エネルギーと併用活用する水力発電装置ではない。

比較的河川幅が小さく、河川水量の少ない河川流域の河口近くの河川流域全幅にまたがる水力発電装置一式を内臓した水門（以後水門とする）でもって閉鎖して、水門内水路を流出入する潮の満潮及び干潮現象によって発生する海水の流出入エネルギーを活用する海水流発電の実施は可能であるが、河川上流域地域に多量の降雨が発生すると河川洪水現象発生の危険性があり又、一般単独河川流域を水門でもって閉鎖して実施する水力発電も同様の危険性が伴いその対策の課題がある。

課題を解決しようとする手段

実施例▲１▼河川近くの河川流域を一基又は二基の水門で閉鎖して水門内水路を流出入する海水流発電を実施する場合、水門下流域左右岸部に拡幅構築した水門収納スペースに水門を片開き或いは、両開きの機能を備えておき、河川洪水現象発生の危険性が予測される時、速やかに水門を水門収納スペースに完全収納して、河川流域を完全開放して課題解決の手段とし、同じく実施例▲２▼河川流域全幅にまたがる門型架橋に吊下げた水門設営をして水門水路内を流出入する海水流発電を実施する場合は、河川洪水現象発生の危険性が予測される時速やかに水門を高く引揚げて河川流域を完全開放して課題解決の手段とする。

本発明海水流発電装置は、国が管理する一級河川や都道府県が管理する二級河川の河川敷地内に、或いは河川敷地外に人工的に構築した分流河川流域に、設営運営する水力発電装置（請求項７）又は、市町村が管理する通称ヒゲ河川、及び河川法の適用されない地方自治体が管理する普通河川流域に設営する水力発電装置（請求項８）に転用実施し得るものであり転用実施の場合も同じ手段で課題解決を図るものである。

発明の効果

今日まで潮位差海水流エネルギーを活用する海水流発電は数多く提案されてきたが、広い海域での活用は困難であり海岸近くの沿岸海域での試みはあるものの本格的な海水流発電は実施されていない。本発明海水流発電の実施は数多くある単独河川の河口近くの河川流域での設営運用が河川洪水現象防止手段を講じながら実施し得ることになり、１日２回、月間約２０日間に発生する潮の中潮期及び大潮期に運用する無公害の海水流エネルギーを活用する海水流発電の実施でありその運用効果は大きい。

又、本来活用しないで、海に放流している河川水の流水エネルギーを活用する広い河川流域に人工的に構築した分流河川流域や広い河川流域の上流河川通称ヒゲ河川流域、或いはその他の単独河川流域に直列的に複数の水力発電の運用が河川洪水の防止の対応をしながら、実施し得るので天候に左右され広大な敷地面積を要する太陽光発電や風力発電に対しても優れた無公害の自然エネルギー活用の発電方法でありその運用効果は絶大である。

広い河川流域に人工的に分流河川流域を構築することにより河川流域の拡幅効果が発生して河川洪水現象防止効果も高まる利点がある。

河川流域を二基の水門で閉鎖設営した平面図 河川流域を全面開放した平面図 左右二基の水門を組合せ設営した平面図 左右二基の水門を組合せ設営した一部断面の正面図 左右二基の水門のうち右側水門の内部に設営した海水流発電装置の部分断面図 左右二基の水門のうち右側水門の水車室側面の部分断面図 水門水路を開放して第一次満潮期海水流発電を実施する水門の側面図 水門水路を閉鎖して第二次干潮期海水流発電を待つ状態の水門の側面図 水門水路を開放して第二次干潮期海水流発電を実施する水門の側面図 人工的に構築した分流河川流域に設営する複数の水門設営の展開平面図 河川流域にまたがる門型架橋に吊下げ設営した水門の正面図

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は本発明の水門の設営及び収納に関するものであり図１は二基の水門（１）でもって河川流域を、水門展開軸（Ｇ）を起点として水門設営及び収納油圧ピストン（Ｐ）を介して閉鎖する状態で設営されている。

同じく図で示す如く、二基の水門（１）の設営スペース及び水門（１）の下流上下両岸部に拡幅構築した水門収納スペース（２）にまたがる河川底部にコンクリート打設したコンクリート底盤（Ｔ）が構築されてあり、更に上下水門収納スペース（２）の外周部に外周壁（Ｔ２）が構築されてあり、二基の水門（１）でもって河川流域を閉鎖した場合の河川水及び、海水の停留効果を高めるようになっている。

更に、上下二基の水門（１）の上流側下部壁面と平行接触する位置の河川底盤（Ｔ）の上流側に構築した盛上りストップ帯（Ｔ１）が接面しており、水門（１）の下流側水圧に対応するようになっている。又、水門（１）の上流側水圧に対応するため二基の水門（１）の結合部の下流側一部上面及び一部壁面にまたがる逆Ｌ型水門組合せ補強板（６）が補強板押出し油圧ピストン（Ｐ２）を介してスライド装着されている。

図２は河川流域を全面開放した平面図であり、図で示す如く上下二基の水門（１）はそれぞれの展開軸（Ｇ）を起点として設営及び収納油圧ピストン（Ｐ）を介してそれぞれの上下水門収納スペース（２）に完全収納されて河川流域（Ｒ）を完全開放しており河川洪水現象を防止し得るようになっている。

図３は、左右二基の水門（１）を組合せ設営した平面図であり、図で示す如く左右二基の水門（１）は、それぞれの展開軸（Ｇ）を起点として水門設営及び収納油圧ピストン（Ｐ）を介して河川流域（Ｒ）を全面閉鎖する状態で組合せ接合し、一体化を形成して河川底盤（Ｔ）の上面に設営されている。

更に、左右水門（１）の上流側下部壁面は河川底盤（Ｔ）の盛上りストップ帯（Ｔ１）に平行接触しており、又左右水門（１）の下流側一部上面と一部壁面にまたがる逆Ｌ型組合せ補強板（６）が押出し油圧ピストン（Ｐ２）を介して補強板スライドレール（７）に添ってスライド装着されて二基の水門（１）の一体化強化が図られ水門（１）の上流及び下流水圧に耐え得るようになっている。

又、河川底盤（Ｔ）の左右岸部にくいこむ形で拡幅構築した水門収納スペース（２）を囲む形で外周壁（Ｔ２）が構築されてあり、左右二基の水門（１）で河川流域を完全閉鎖した場合の河川流域（Ｒ）の河川水及び海水の停留効果を高めるようになっている。

なお、本図では水門扉（３）の上昇及び下降油圧ピストン（Ｐ１）は図示省略してあるが二基の水門（１）のそれぞれの水門扉（３）を水門扉引揚油圧ピストン（Ｐ１）を介して引揚げて水門水路（４）（点線図示）を開放すると河川水及び海水は水門水路（４）内を流出入して内蔵した水車を回転起動させて水力発電を実施するようになっている。

図４は左右二基の水門（１）組合せ設営した一部断面の正面図であり図で示す如く河川底面及び左右岸部にくいこむ形で拡幅した左右水門収納スペース（２）の底面にまたがるコンクリート打設した河川底盤（Ｔ）が構築されてあり、河川底盤（Ｔ）のの上面部に複数の回転ローラー（８）が装着された左右二基の水門（１）がそれぞれ平列に組合せ設営されている。

同じく図で示す如く左右水門（１）の左右水門収納スペース（２）の外周部に外周壁（Ｔ２）が構築されて水門（１）の上流域及び下流域の河川水及び海水の停留を図るようになっており又、左右二基の水門（１）の組合せ部の一部上面及び一部上部壁面にまたがる逆Ｌ型水門組合せ補強板（６）が補強板スライドレール（７）に添って補強板押出油圧ピストン（Ｐ２）を介してスライド装着されて左右二基の水門（１）の一体化強化を図るようになっている。

更に、左右二基の水門（１）には、それぞれ水門水路（４）が構築されており又、右側水門（１）の壁面に水位センサー（９）が装着されており水門（１）の下流側水位を常時表示し得るようになっている。

図５は左右二基の水門のうち右側水門の内部に設営した海水流発電装置の部分断面図であり図で示す如く、水門（１）は、水車室（Ｓ）と電気室（Ｅ）に区切られており、水車室（Ｓ）内の水車（４）は水車支持壁（Ｔ３）に、水車回転軸（Ｇ１）はビヤリング（Ｂｇ）を介して回転可能として装着されており水車回転軸（Ｇ１）は隣りの電気室（Ｅ）まで延びており、中間に情性回転力を増発させるフライホイル（Ｆ）が装着されてあり、更に発電モーター（Ｍ）と連結装着した変速機（ＴＭ）に達しており、水車（５）の回転起動力は変速機（ＴＭ）を介して回転方向の転換及び発電にふさわしい安定回転力を発電モーター（Ｍ）に伝達して発電を実施し得るようになっている。

発電室（Ｅ）内には、多数のバッテリー（Ｂ）、油圧モーター（ＵＭ）、及び電装ボックス（ＤＢ）等関連機器が配備設営されてあり、発生した電力は多数のバッテリー（Ｂ）に常時満蓄電しておき各油圧ピストンを作動させる油圧モーター（ＵＭ）の起動電力として活用し余剰電力は電装ボックス（Ｄ）を介して電力会社に販売することになっている。

変速機（Ｆ）はコンピューター制御によって回転方向の転換及び適切な回転力を発電モーター（Ｍ）に伝達して発電効率を高めようとする。

図６は、左右二基の水門のうち右側水門の水車室側面の部分断面図であり河川底盤（Ｔ）の上面部に複数の回転ローラー（８）を装着した水門（１）が設営設置されており、水門（１）の上流側下部壁面は河川底盤（Ｔ）の上流側上部に構築した盛上りストップ帯（Ｔ１）に接触停止した状態で設営されており水門（１）の下流側水圧に耐えるようになっている。

同じく図で示す如く、水門（１）の下流側一部上面及び一部上部壁面にまたがる逆Ｌ型水門組合せ補強板（６）が補強板スライドレール（７）に添って装着されており二基の水門（１）を組合せ設営した場合の二基の水門（１）の組合せ結合した場合の一体化強化を図り水門（１）の上流側水圧に耐え得るようになっている。（図５では水門組合せ補強板押出し油圧ピストン（Ｐ２）の図示省略してある）

更に図で示す如く、水車（５）の下部円周部に対応する水門水路（４）が構築されており、水門水路（４）内を流出入する海水や河川水の流水エネルギーを効率的に水車に伝達するようになっている。

又、水門水路（４）の上流側、水門壁面内側に水門扉（３）が水門扉スライドガイド（１０）に添って差込み装着されており、水門扉上昇及び下降油圧ピストン（Ｐ１）を介して水門扉（３）を上昇及び下降を実施して水門水路（４）の開閉を実施し得るようになっている。

図７．８．９は請求項３に準ずる海水流発電の実施例を示す展開図でおり、図７で示す如くあらかじめ水門水路（４）を閉鎖した状態で設営した水門（１）の下流側水位センサー（９）のフロート（１２）が潮の満潮現象発生によって、水門（１）の上流側水位センサー（９−１）のフロート（１２）より高くなった時点で水門扉（３）を引揚げて水門水路（４）を開放して海水を水門（１）の上流側に流入させて第一次満潮期水力発電を実施する。

図８に示すように潮の満潮現象が終了して水門（１）の上流側水位と下流側水位がほぼ同位に達した時点、水門扉（３）を下降させて水門水路（４）を閉鎖して潮の干潮現象を待つ。

図９に示すように潮の干潮現象が始まり水門（１）の下流側水位が水門（１）の上流側水位より低くなった時点で再び水門扉（３）を上昇させて水門水路（４）を開放して水門（１）の上流域に貯水した雨水が混入した海水を水路（４）内に流出させて第二次干潮期水力発電を実施する。

更に、水門（１）の上流側水位が水門（１）の下流側水位とほぼ同位になった時点で再び水門水路（４）を閉鎖して次の潮の満潮現象を待つことにする。
以上のようなサイクルによって潮の潮位差海水流エネルギーを効率的に実施するようにする。

図１０は広い河川流域に、人工的に構築した分流河川流域に複数の水門設営の展開平面図であり、河川本流域（Ｒ）の上部及び下部敷地内に人工的に分流河川流域（Ｒ１）が、それぞれ構築されている。

図で示すように、河川本流域（Ｒ）の上部敷地内に人工的に構築した分流河川流域（Ｒ１）に請求項２，５，６に準じた複数の水門（１）が直列的に設営されており分流河川流域（Ｒ１）に流入した河川水の流水エネルギーを活用して上流側から下流側の各水門（１）において順次水力発電を実施し得るようになっており、分流河川流域（Ｒ１）が長ければ長いほど数多くの水門（１）の設営が実施し得るようになる。

同じく図で示すように、河川本流域（Ｒ）の下部敷地内に人工的に構築した分流河川流域（Ｒ１）にも請求項２，５，６に準じた複数の水門（１）が直列的に設営されているが、各水門（１）は下流側上下岸部に構築した水門収納スペース（２）にそれぞれ収納されており分流河川流域（Ｒ１）を完全開放されて河川洪水現象防止の状態を示している。

図１１は、河川流域にまたがる門型架橋に吊下げ設営した水門の正面図であり図で示すように門型架橋（Ｈ）の横桁上に複数の巻揚げモーター（Ｍ１）が設営されており更に、横桁下部に複数の滑車（Ｋ）が吊下装着されており、河川流域（Ｒ）にまたがる水門（１）の上部に装着された複数の滑車（Ｋ）とそれぞれ複数のワイヤー（１２）が巻込まれており、巻揚モーター（Ｍ１）の回転起動によって水門（１）の吊下げ及び吊揚げ設営が実施されるようになっている。

吊下げ設営の水門（１）の上流側壁面に水位センサー（９）を装着して水門（１）の上流域の洪水現象発生予測の危険水位を算定しておき、その水位に達した時自動的に巻揚げモーター（Ｍ１）の回転起動を実施して水門（１）を左右岸辺より高く吊上げて河川流域を完全開放して河川洪水現象を防止するようにする。

本発明海水流発電装置は、比較的河川幅が小さく河川水量の少ない単独河川流域の河口近くの河川流域に設営運用が適した海水流発電装置であり国内に設営運用候補河川は、数多く存在するものであり、又一般単独河川流域や河川幅がの広い河川流域に人工的に構築した分流河川流域等に直列的に数多くの発電事業が実施し得る可能性が非常に高く、電力供給の分野で大きく貢献するものである。

１． 水門
２． 水門収納スペース
３． 水門扉
４． 水門水路
５． 水車
６． 水門組合せ補強板
７． 補強板スライドレール
８． 水門回転ローラー
９． 下流側水位センサー
９−１ 上流側水位センサー
１０． 水門扉スライドガイド
１１． ワイヤー
１２． 水位センサーフロート
Ｒ 河川流域
Ｒ１ 分流河川流域
Ｔ 河川底盤
Ｔ１ 盛上りストップ帯
Ｔ２ 水門収納スペース外周壁
Ｐ 水門設営及び収納油圧ピストン
Ｐ１ 水門扉上昇及び下降油圧ピストン
Ｐ２ 補強板押出し油圧ピストン
Ｍ 発電モーター
Ｍ１ 水門巻揚げモーター
ＴＭ 変速機
Ｂ バッテリー
Ｄ 電装ボックス
Ｇ 水門展開軸
Ｈ 門型架橋
ＵＭ 油圧モーター
Ｇ１ 水車回転軸
ＢＧ ビヤリング
Ｅ 電気室
Ｓ 水車室
Ｋ 滑車
Ｆ フライホイル
Ｔ３ 水車支持壁

Claims (9)

1. 比較的河川幅が小さく河川水量の少ない河川流域の河口近くの河川流域を、一基又は二基の水門でもって閉鎖して、潮の満潮及び干潮現象によって発生する潮位差海水流を水門内水路に流出入させて潮位差海水流エネルギーを活用して実施する海水流発電装置。
2. 水門上流河川流域に流入するであろう地域に多量の降雨が発生して河川洪水現象発生の危険性が予測される場合に、その危険性防止の手段として一基又は、二基の水門を水門下流側岸部に拡幅構築した水門収納スペースに片開き又は両開きを実施して水門を収納スペース内に完全収納して河川流域を完全開放する機能を備えた水門の設営方法。
3. ▲１▼請求項１及び２に準じた一基又は二基の水門で、水門水路を閉鎖した状態で河川流域を閉鎖設営して海水及び河川水の流出入を停留させておき、潮の満潮現象によって水門下流域の海水位が水門上流域の河川水位より高まった時点で水門水路を開放して海水の水門水路を流入する海水流エネルギーを活用して水車を起動回転させて第一次満潮期水力発電を実施する。
   潮の満潮現象終了に伴い、水門上流域の水位と下流域の水位がほぼ同位に達した時点で再び水門水路を閉鎖して潮の干潮現象を待つ。
   ▲２▼潮の干潮現象が始まり水門上流域の水位より水門下流域の水位が低くなった時点で水門水路を開放して、水門上流域に貯水した一般河川水や雨水が混入した海水を海域に放流して第二次干潮期水力発電を実施する。
   潮の干潮現象が終了して水門上流域からの放流水が水力発電に適さない水量に達した時点で再び水門水路を閉鎖して次の満潮現象を待つ。
   以上のようなサイクルで実施する第一次満潮期水力発電及び第二次干潮期水力発電の実施方法。
4. 潮の満潮及び干潮現象は小潮、中潮、大潮の月間サイクルで１日２回発生するが、小潮の時の潮位差は低く潮位差海水流発電効率は悪く、中潮、大潮の時の潮位差は高く潮位差海水流発電の実施は可能であるが、潮位差は毎日のように変化があり、効率的海水流エネルギーを活用するために、水門の上流側及び下流側壁面にそれぞれ水位センサーを装着しておき、その水位センサーを介して関連機器（例えば油圧モーターの起動回転、或いは油圧ピストンの作動等）を実施させて水門水路の開閉を効率的運用実施による潮位差海水流発電の実施方法。
5. 水門は重量構造物であり、その水門で河川流域を閉鎖する形で設営する必要上河川流域及び左右岸部に、拡幅構築した水門収納スペース全幅にまたがる河川底盤をコンクリート打設構築してその河川底盤の上面と底面に複数の回転ローラーを装着した水門を設営して、更に拡幅した左右水門収納スペースの外周部に外周壁をコンクリート打設して構築して水門で河川流域を閉鎖した場合の河川水及び海水の停留効果を図り、水門の設営及び収納の利便性の効果、水門の耐久性の効果及び河川水の停留効果を図る水門の設営方法
6. 水門水路を閉鎖した状態で、一基又は二基の水門でもって河川流域を完全閉鎖した場合水門上流域及び下流域の水位の変化によって水位の高い河川流域から水位の低い河川流域への水圧が発生して水門に水圧がかかり、水門の安定設営の対水圧機能が求められるものでありその対策として、河川底盤の水門上流側の水門上流側下部壁面のラインに添ったコンクリート盛上りストップ帯を構築して水門を受止め、水門下流側からの水圧に対応し、更に一基の水門設営の場合は水門展開転の反対側岸部に水門ロック装置を取付け、二基の水門設営の場合は二基の水門接合部の下流側一部上面及び上部壁面にまたがる逆Ｌ型の水門接合補強板をスライド装着して二基の水門の一体化を図り水門上側水圧に対応する水門の対水圧設営方法。
7. 国が管理する一級河川や、都道府県が管理する二級河川の河川敷地内或いは、河川敷地外に人工的に構築した分流河川流域に請求項２．４．５．６に準じた水門を設営して実施する水力発電の実施方法。
8. 市町村が管理する通称ヒゲ河川や単独河川、或いは河川法の適用されない地方自治体が管理する普通河川流域に請求項２．４．５．６に準じた水門を設営して実施する水力発電の実施方法
9. 河川流域にまたがり河川流域の左右岸部より高い門型架橋を構築して、電動巻揚げモーター、複数の滑車、及びワイヤー等を介して河川流域にまたがる水門を吊下げ、吊上げを実施する、或いは複数の伸縮油圧ピストンを介して水門の設営及び、左右岸部より高く押上げを実施する水門の設営による水力発電の実施方法。

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